Российские ученые сделали важный шаг к созданию биокардиостимулятора

В конце ноября сотрудники Национального медицинского исследовательского центра имени академика Е. Н. Мешалкина Минздрава России (Центр Мешалкина) впервые в мире зафиксировали работу искусственно выращенных клеток - водителей ритма, имплантированных в сердце свиньи.

В сердце каждого человека есть клетки - водители ритма. Они являются естественными генераторами электрического импульса, задавая частоту и ритм сердечных сокращений и обеспечивая согласованную работу всех отделов сердца. К сожалению, не у всех и не всегда эти клетки работают исправно, что приводит к формированию хронической сердечной недостаточности, которая постепенно прогрессирует, приводя к инвалидности и преждевременной смерти. При подобных нарушениях сердечного ритма (аритмиях) пациенту под кожу в районе ключицы имплантируют электрокардиостимулятор (искусственный водитель ритма - ИВР). Он создает электрические импульсы, заставляя сердце сокращаться в определенном ритме.

Ежегодно около миллиона человек в мире нуждаются в ИВР. Но у них есть существенные недостатки. Во-первых, кардиостимулятор представляет собой металлическую коробочку размером 3х5 сантиметров и весом до 45 граммов, и человек может испытывать дискомфорт после ее имплантации. Во-вторых, срок службы батарейки и прикрепленных к сердцу электродов - в среднем 8-10 лет. В-третьих, могут возникнуть осложнения во время имплантации или после. А маленьким и пожилым людям с хроническими патологиями и операция может быть противопоказана.

Сейчас многие мировые лаборатории нацелены на создание природного кардиостимулятора - водителя ритма сердца биологического происхождения. Тогда вместо электронного устройства человеку будут имплантировать биологические, выращенные из его же клеток.

Аритмологи Центра Мешалкина такую работу ведут с 2017 года, в 2022-м провели пробные эксперименты, а год назад совместно с биоинженерами из Московского физико-технического института (МФТИ) - первые в России успешные эксперименты. Тогда получилось вызвать электрический импульс в сердце свиньи с помощью закрепления на миокарде специально выращенных клеток - водителей ритма. Но, как уточнил заместитель генерального директора НМИЦ по научной работе Александр Романов, подтвердить работу имплантированных клеток ученые могли только по косвенным признакам.

В этом году в рамках гранта Российского научного фонда мультидисциплинарная группа ученых под руководством члена-корреспондента РАН Александра Романова продолжила работу. И ей удалось создаnm трехмерные изображения сердца животного и соединить эти данные с данными дооперационной компьютерной томографии. В итоге был точно зафиксирован участок сердечной мышцы с имплантированными клетками и описаны особенности их работы. Такого в мире еще никто не делал, говорят ученые.

"Полученные данные - прорыв в научной работе по этой тематике", - подчеркнул Александр Романов.

Сейчас многие мировые лаборатории нацелены на создание природного кардиостимулятора биологического происхождения

"Это верифицировано данными, полученными непосредственно с внутрисердечного катетера, - прокомментировал эксперимент хирург-аритмолог НМИЦ им. Мешалкина Виталий Шабанов.

Научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ, студент второго курса магистратуры Виталий Джабраилов рассказал, что для эксперимента из Москвы были доставлены пластины с выращенными клетками, которые установили на сердечную мышцу экспериментального животного.

"Клетки - водители ритма были выращены из стволовых клеток человека (для этого достаточно 20 миллилитров крови), - пояснил Виталий Джабраилов. - Мы стараемся уходить от зарубежных материалов, и впервые для выращивания клеток использована российская питательная среда".

Эксперимент включает несколько этапов. На одном из них в течение месяца с помощью кардиомониторов ученые будут наблюдать за животными, которым пересажены клетки человека. После этого ученые смогут сделать выводы об их "выживаемости" на сердце.

"Если мы докажем, что пластина с клетками достаточно долго работает, то перейдем к следующей задаче - созданию суспензии с нужными клетками, которую можно будет вводить через сосуды в определенной области сердца. Таким образом мы уйдем от необходимости делать операцию", - подытожил Александр Романов.

Кстати

В качестве животных моделей в проведенных экспериментах были использованы карликовые свиньи (минипиги) породы минисибс селекции Института цитологии и генетики СО РАН. Габариты и анатомическое строение их сердца похожи на человеческое, а его электрическая система практически полностью копирует сердце человека.

В подготовке к эксперименту приняла участие лаборатория ядерной и инновационной медицины Физического факультета Новосибирского госуниверситета, где впервые в Сибири провели КТ-исследование на минипигах и получили высококачественное трехмерное изображение срезов сердца исследуемых животных. Для этого был использован единственный за Уралом компьютерный томограф, лицензированный для научной работы с животными.